(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機の駆動制御回路であって、
電動機の第１と第２の駆動部材の相対的位置を示す位置信号に基づいて、原駆動信号を生成する原駆動信号生成部と、
前記電動機の第１と第２の駆動部材の相対的速度を示す速度信号に基づいて、前記電動機のコイルの励磁区間と非励磁区間との割合を示す励磁割合信号を生成する励磁割合信号生成部と、
前記位置信号と前記励磁割合信号とに基づいて、前記電動機のコイルの励磁区間と非励磁区間とを定める２値の励磁区間信号を生成する励磁区間信号生成部と、
前記原駆動信号を前記励磁区間信号に基づいてマスクすることにより、前記電動機を駆動するための駆動信号を生成するマスク回路と、
を備え、
前記速度信号は、前記位置信号に同期した周期的な２値のタイミング信号を含み、
前記励磁割合信号生成部は、
前記タイミング信号が第１のレベルを示している時間的長さである第１レベル期間を計測する期間計測部と、
前記計測された第１レベル期間に基づいて、前記励磁割合信号を設定する励磁割合設定部と、
を備える、駆動制御回路。
【請求項２】
請求項１記載の駆動制御回路であって、
前記励磁割合信号生成部は、前記電動機の始動時は前記励磁区間が所定の最大値となるように前記励磁割合信号を設定し、前記電動機の始動後は前記速度信号が示す前記相対的速度が大きくなるにしたがって前記励磁区間が小さくなるように前記励磁割合信号を設定する、駆動制御回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載の駆動制御回路であって、
前記励磁割合設定部は、前記第１レベル期間と前記励磁割合信号との対応関係を格納したテーブル部を含む、駆動制御回路。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の駆動制御回路であって、
前記原駆動信号生成部は、前記位置信号に基づいて同期したＰＷＭ信号を前記原駆動信号として生成するＰＷＭ信号生成部を含む、駆動制御回路。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の駆動制御回路を備える、電動機。
【請求項６】
請求項５記載の電動機と、
前記電動機によって駆動される被駆動部材と、
を備える装置。
【請求項７】
請求項６記載の装置であって、
前記装置はプロジェクタである、装置。
【請求項８】
請求項６記載の装置であって、
前記装置は携帯機器である、装置。
【請求項９】
請求項６記載の装置であって、
前記装置はロボットである、装置。
【請求項１０】
請求項６記載の装置であって、
前記装置は移動体である、装置。
【請求項１１】
電動機を駆動するための半導体装置であって、
電動機の第１と第２の駆動部材の相対的位置を示す位置信号に基づいて、原駆動信号を生成する原駆動信号生成部と、
前記電動機の第１と第２の駆動部材の相対的速度を示す速度信号に基づいて、前記電動機のコイルの励磁区間と非励磁区間との割合を示す励磁割合信号を生成する励磁割合信号生成部と、
前記位置信号と前記励磁割合信号とに基づいて、前記電動機のコイルの励磁区間と非励磁区間とを定める２値の励磁区間信号を生成する励磁区間信号生成部と、
前記原駆動信号を前記励磁区間信号に基づいてマスクすることにより、前記電動機を駆動するための駆動信号を生成するマスク回路と、
を備え、
前記速度信号は、前記位置信号に同期した周期的な２値のタイミング信号を含み、
前記励磁割合信号生成部は、
前記タイミング信号が第１のレベルを示している時間的長さである第１レベル期間を計測する期間計測部と、
前記計測された第１レベル期間に基づいて、前記励磁割合信号を設定する励磁割合設定部と、
を備える、半導体装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の半導体装置であって、さらに、
クロック信号を生成するクロック信号生成部を備え、
前記原駆動信号生成部は、前記クロック信号を利用することにより前記原駆動信号を生成し、
前記励磁割合信号生成部は、前記クロック信号を利用することにより前記励磁割合信号を生成する、半導体装置。
【請求項１３】
請求項１１または１２記載の半導体装置であって、さらに、
前記位置信号をデジタル値に変換するアナログ−デジタル変換回路を備え、
前記原駆動信号生成部は、前記デジタル値に変換された位置信号に基づいて、前記原駆動信号を生成する、半導体装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の半導体装置であって、さらに、
前記位置信号を増幅する増幅回路を備え、
前記アナログ−デジタル変換回路は、前記増幅された位置信号をデジタル値に変換する、半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動機のコイルの励磁区間の制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電動機の駆動信号にマスクをかけ、消費電力の低減等を目的とした技術としては以下のものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】国際公開番号ＷＯ２００５／１１２２３０  Ａ１
【０００４】
しかし、モータの初動時から励磁区間を制限すると、モータが始動できないことがあるという問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、電動機の駆動部分の速度に応じて、励磁区間を任意に変化させることのできる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するために、以下の形態を取ることが可能である。
【０００７】
[形態１]
電動機の駆動制御回路であって、
電動機の第１と第２の駆動部材の相対的位置を示す位置信号に基づいて、原駆動信号を生成する原駆動信号生成部と、
前記電動機の第１と第２の駆動部材の相対的速度を示す速度信号に基づいて、前記電動機のコイルの励磁区間と非励磁区間との割合を示す励磁割合信号を生成する励磁割合信号生成部と、
前記位置信号と前記励磁割合信号とに基づいて、前記電動機のコイルの励磁区間と非励磁区間とを定める２値の励磁区間信号を生成する励磁区間信号生成部と、
前記原駆動信号を前記励磁区間信号に基づいてマスクすることにより、前記電動機を駆動するための駆動信号を生成するマスク回路と、
を備える、駆動制御回路。
【０００８】
形態１の電動機の駆動制御回路によれば、電動機の駆動部分の速度信号に基づいて励磁区間の割合を設定しているので、電動機の駆動部分の速度に応じて、励磁区間を任意に変化させることができる。
【０００９】
[形態２]
形態１記載の駆動制御回路であって、
前記励磁割合信号生成部は、前記電動機の始動時は前記励磁区間が所定の最大値となるように前記励磁割合信号を設定し、前記電動機の始動後は前記速度信号が示す前記相対的速度が大きくなるにしたがって前記励磁区間が小さくなるように前記励磁割合信号を設定する、駆動制御回路。
【００１０】
形態２の電動機の駆動制御回路によれば、大きな出力が要求される始動時では、励磁区間が所定の最大値となるように励磁割合信号を設定するため、始動をスムーズにすることができる。そして、始動後では、速度信号が示す第１と第２の駆動部材の相対的速度が大きくなるにしたがって前記励磁区間が小さくなるように励磁割合信号を設定するため、電動機の消費電力を低減することができる。
【００１１】
[形態３]
形態１または２記載の駆動制御回路であって、
前記速度信号は、前記位置信号に同期した周期的な２値のタイミング信号を含み、
前記励磁割合信号生成部は、
前記タイミング信号が第１のレベルを示している時間的長さである第１レベル期間を計測する期間計測部と、
前記計測された第１レベル期間に基づいて、前記励磁割合信号を設定する励磁割合設定部と、
を備える、駆動制御回路。
【００１２】
形態３の電動機の駆動制御回路によれば、電動機の駆動部分の速度と相関のあるタイミング信号の第１レベル期間に基づいて励磁区間の割合を設定しているので、形態１と同様に電動機の駆動部分の速度に応じて、励磁区間を任意に変化させることができる。
【００１３】
[形態４]
形態１ないし３のいずれかに記載の駆動制御回路であって、
前記原駆動信号生成部は、前記位置信号に基づいてＰＷＭ信号を前記原駆動信号として生成するＰＷＭ信号生成部を含む、駆動制御回路。
【００１４】
形態４の電動機の駆動制御回路によれば、原駆動信号としてＰＷＭ信号を採用することができるので、より駆動効率よく、電動機を制御することができる。
【００１５】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能である。例えば、電動機の駆動制御方法および装置、駆動制御半導体装置、駆動制御システム、それらの方法または装置の機能を実現するためのコンピュータプログラム、そのコンピュータプログラムを記録した記録媒体、そのコンピュータプログラムを含み搬送波内に具現化されたデータ信号、駆動制御回路を備えた電動機、その電動機を備えたプロジェクタ、携帯機器、ロボット、移動体、等の形態で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ａ１．モータの構成と動作の概要：
Ａ２．駆動制御回路の構成：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：
Ｅ．他の実施例：
【００１７】
Ａ．第１実施例
Ａ１．モータの構成と動作の概要：
図１（Ａ），１（Ｂ）は、本発明の一実施例としての単相ブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。このモータ本体１００は、外形がそれぞれ略円筒状のステータ部１０及びロータ部３０を有している。ステータ部１０は、略十字状に配列された４つのコイル１１〜１４と、２つのコイル１１，１２の間の中央の位置に配置された磁気センサ４０とを有している。磁気センサ４０は、ロータ部３０の位置（すなわちモータの位相）を検出するためのものである。各コイル１１〜１４には、磁性体材料で形成された磁気ヨーク２０が設けられている。コイル１１〜１４と磁気センサ４０は、回路基板１２０（図１（Ｂ））の上に固定されている。回路基板１２０は、ケーシング１０２に固定されている。なお、ケーシング１０２の蓋は図示が省略されている。
【００１８】
ロータ部３０は、４つの永久磁石３１〜３４を有しており、ロータ部３０の中心軸が回転軸１１２を構成している。この回転軸１１２は、軸受け部１１４（図１（Ｂ））で支持されている。各磁石の磁化方向は、回転軸１１２から外側に放射状に向かう方向である。磁石３１〜３４の外周には、磁気ヨーク３６が設けられている。但し、この磁気ヨーク３６は省略してもよい。
【００１９】
図２は、磁石列とコイル列の位置関係、及び、磁気センサ出力とコイルの逆起電力波形との関係を示す説明図である。図２（Ａ）に示すように、４つの磁石３１〜３４は、一定の磁極ピッチＰｍで配置されており、隣接する磁石同士が逆方向に磁化されている。また、コイル１１〜１４は、一定のピッチＰｃで配置されており、隣接するコイル同士が逆向きに励磁される。この例では、磁極ピッチＰｍはコイルピッチＰｃに等しく、電気角でπに相当する。なお、電気角の２πは、駆動信号の位相が２πだけ変化したときに移動する機械的な角度又は距離に対応づけられる。本実施例では、駆動信号の位相が２πだけ変化すると、ロータ部３０が磁極ピッチＰｍの２倍だけ移動する。
【００２０】
４つのコイル１１〜１４のうち、第１、第３のコイル１１，１３は同一の位相の駆動信号で駆動され、第２、第４のコイル１２，１４は第１及び第３のコイル１１，１３の駆動信号から１８０度（＝π）だけ位相がずれた駆動信号で駆動される。通常の二相駆動は２つの相（Ａ相とＢ相）の駆動信号の位相が９０度（＝π／２）ずれており、位相のずれが１８０度（＝π）の場合は無い。また、モータの駆動方法において、位相が１８０度（＝π）ずれた２つの駆動信号は、同じ位相であると見なされる場合が多い。従って、本実施例のモータにおける駆動方法は、単相駆動であると考えることができる。
【００２１】
図２（Ａ）は、モータ停止時における磁石３１〜３４とコイル１１〜１４の位置関係を示している。本実施例のモータでは、各コイル１１〜１４に設けられた磁気ヨーク２０が、各コイルの中心よりもロータ部３０の正転方向に若干ずれた位置に設けられている。従って、モータ停止時には、各コイルの磁気ヨーク２０が磁石３１〜３４によって引きつけられ、磁気ヨーク２０が各磁石３１〜３４の中心と向かい合う位置でロータ部３０が停止する。この結果、各コイル１１〜１４の中心が、各磁石３１〜３４の中心からずれた位置でモータが停止することになる。また、この時、磁気センサ４０も、隣接する磁石の境界から若干ずれた位置にある。この停止位置における位相はαである。位相αはゼロでは無いが、ゼロに近い小さな値（例えば約５度〜１０度）である。
【００２２】
図２（Ｂ）は、コイルに発生する逆起電力の波形の例を示しており、図２（Ｃ）は、磁気センサ４０の出力波形の例を示している。磁気センサ４０は、モータ運転時のコイルの逆起電力とほぼ相似形状のセンサ出力ＳＳＡを発生することができる。但し、磁気センサ４０の出力ＳＳＡは、モータの停止時にも０でない値を示す（位相がπの整数倍のときは除く）。なお、コイルの逆起電力は、モータの回転数とともに上昇する傾向にあるが、波形形状（正弦波）はほぼ相似形状に保たれる。磁気センサ４０としては、例えばホール効果を利用したホールＩＣを採用することができる。この例では、センサ出力ＳＳＡと逆起電力Ｅｃは、いずれも正弦波か、正弦波に近い波形である。後述するように、このモータの駆動制御回路は、センサ出力ＳＳＡを利用して、逆起電力Ｅｃとほぼ相似波形の電圧を各コイル１１〜１４に印加する。
【００２３】
ところで、電動モータは、機械的エネルギと電気的エネルギとを相互に変換するエネルギ変換装置として機能するものである。そして、コイルの逆起電力は、電動モータの機械的エネルギが電気的エネルギに変換されたものである。従って、コイルに印加する電気的エネルギを機械的エネルギに変換する場合（すなわちモータを駆動する場合）には、逆起電力と相似波形の電圧を印加することによって、最も効率良くモータを駆動することが可能である。なお、以下に説明するように、「逆起電力と相似波形の電圧」は、逆起電力と逆向きの電流を発生する電圧を意味している。
【００２４】
図３は、コイルの印加電圧と逆起電力との関係を示す模式図である。ここで、コイルは逆起電力Ｅｃと抵抗とで模擬されている。また、この回路では、印加電圧Ｅ１及びコイルと並列に電圧計Ｖが接続されている。コイルに電圧Ｅ１を印加してモータを駆動すると、印加電圧Ｅ１と逆の電流を流す方向に逆起電力Ｅｃが発生する。モータが回転している状態でスイッチＳＷを開放すると、電圧計Ｖで逆起電力Ｅｃを測定することができる。スイッチＳＷを開放した状態で測定される逆起電力Ｅｃの極性は、スイッチＳＷを閉じた状態で測定される印加電圧Ｅ１と同じ極性である。上述の説明において「逆起電力とほぼ相似波形の電圧を印加する」という文言は、このような電圧計Ｖで測定された逆起電力Ｅｃと同じ極性を有するほぼ相似形状の波形を有する電圧を印加することを意味している。
【００２５】
上述したように、モータを駆動する場合には、逆起電力と相似波形の電圧を印加することによって、最も効率良くモータを駆動することが可能である。なお、正弦波状の逆起電力波形の中位点近傍（電圧０の近傍）ではエネルギ変換効率が比較的低く、反対に、逆起電力波形のピーク近傍ではエネルギ変換効率が比較的高いことが理解できる。逆起電力と相似波形の電圧を印加してモータを駆動すると、エネルギ変換効率の高い期間において比較的高い電圧を印加することになるので、モータ効率が向上する。一方、例えば単純な矩形波でモータを駆動すると、逆起電力がほぼ０となる位置（中位点）の近傍においてもかなりの電圧が印加されるので、モータ効率が低下する。また、このようにエネルギ変換効率の低い期間において電圧を印加すると、渦電流により回転方向以外の方向の振動が生じ、これによって騒音が発生するという問題も生じる。
【００２６】
上述の説明から理解できるように、逆起電力と相似波形の電圧を印加してモータを駆動すると、モータ効率を向上させることができ、また、振動や騒音を低減することができるという利点がある。
【００２７】
図４（Ａ）〜（Ｅ）は、モータ本体１００の正転動作の様子を示す説明図である。図４（Ａ）は、停止時の磁石３１〜３４とコイル１１〜１４の位置関係を示しており、図２（Ａ）と同じ図である。図４（Ａ）の状態においてコイル１１〜１４を励磁すると、破線の矢印で示す反発力がコイル１１〜１４と磁石３１〜３４との間に生じる。この結果、ロータ部３０は、正転方向（図の右方向）に始動される。
【００２８】
図４（Ｂ）は、位相がπ／２まで進んだ状態を示している。この状態では、吸引力（実線の矢印）と反発力（破線の矢印）とが発生して、大きな駆動力が発生する。図４（Ｃ）は、位相が（π−α）まで進んだ状態を示している。位相がπとなるタイミングでコイルの励磁方向が逆転して、図４（Ｄ）の状態となる。図４（Ｄ）の状態の近傍でモータが停止すると、図４（Ｅ）に示すように、磁気ヨーク２０が各磁石３１〜３４に引きつけられた位置でロータ部３０が停止する。この位置は、位相が（π＋α）の位置となる。このように、本実施例のモータは、位相がα±ｎπ（ｎは整数）の位置で停止することが理解できる。
【００２９】
図５（Ａ）〜（Ｅ）は、モータ本体１００の逆転動作の様子を示す説明図である。図５（Ａ）は、停止時の状態を示しており、図４（Ａ）と同じものである。この停止状態から逆転するために、仮に図４（Ａ）と逆方向にコイル１１〜１４を励磁すると、磁石３１〜３４とコイル１１〜１４との間に吸引力（図示せず）が働くことになる。この吸引力は、ロータ部３０を逆転させる方向に働く。しかしながら、この吸引力はかなり弱いため、磁石３１〜３４と磁気ヨーク２０との間の吸引力に打ち勝ってロータ部３０を逆転させることができない場合がある。
【００３０】
本実施例では、逆転動作を行う場合にも、始動時は図５（Ａ）に示すように正転方向に動作させる。そして、ロータ部３０が所定量だけ回転した後に（例えば位相が約π／２進んだところで）、図５（Ｂ）のように駆動信号を反転して逆転動作を開始させる。こうして、ロータ部３０が一旦逆転し始めると、その後、ロータ部３０の慣性によって最初の停止位置（位相＝α）を通過することができる（図５（Ｃ））。その後、位相が０となるタイミングでコイルの励磁方向が逆転する。図５（Ｄ）は位相が−π／２の状態を示しており、図５（Ｅ）は位相が−π＋αの状態を示している。図５（Ｅ）の状態の近傍でモータが停止すると、磁気ヨーク２０が各磁石３１〜３４に引きつけられた位置（位相＝−π＋α）でロータ部３０が停止する。
【００３１】
図６は、モータの移動方向の制御手順を示すフローチャートである。この手順は、後述する駆動制御回路によって実行される。ステップＳ１０では、まず正方向に駆動制御を開始する。ステップＳ２０では、目的とする移動方向が正方向であるか否かが判定される。なお、移動方向は、ステップＳ１０の前に操作員によって駆動制御回路に入力されている。目的とする移動方向が正方向の場合には、そのまま正方向の駆動制御が継続される。一方、目的とする移動方向が逆方向の場合には、ステップＳ３０において、逆転すべき所定のタイミングに達するまで待機する。そして、逆転すべきタイミングに達すると、ステップＳ４０において逆方向の駆動制御が開始される。
【００３２】
以上のように、本実施例のモータでは、位相がα±ｎπ（αはゼロ及びｎπでない所定の値、ｎは整数）の位置でモータが停止するので、デッド・ロック・ポイントが発生しない。従って、始動コイルを必要とせずに、常に始動することが可能である。また、本実施例のモータでは、停止状態から所定量だけ正転させた後に逆転させることによって、逆転動作を実現することが可能である。
【００３３】
Ａ２．駆動制御回路の構成：
図７（Ａ）は、本実施例のブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。駆動制御回路２００は、ＣＰＵ２２０と、駆動信号生成部２４０と、ドライバ回路２５０とを備えている。駆動信号生成部２４０は、モータ本体１００内の磁気センサ４０の出力信号ＳＳＡに基づいて、単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を生成する。ドライバ回路２５０は、この単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に従ってモータ本体１００内の電磁コイル１１〜１４を駆動する。
【００３４】
図７（Ｂ）は、磁気センサ４０の内部構成の一例を示している。この磁気センサ４０は、ホール素子４２と、バイアス調整部４４と、ゲイン調整部４６とを有している。ホール素子４２は、磁束密度Ｘを測定する。バイアス調整部４４はホール素子４２の出力Ｘにバイアス値ｂを加算し、ゲイン調整部４６はゲイン値ａを乗ずる。磁気センサ４０の出力ＳＳＡ（＝Ｙ）は、例えば以下の式（１）又は式（２）で与えられる。
【００３５】
Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ    …（１）
Ｙ＝ａ（Ｘ＋ｂ）  …（２）
【００３６】
磁気センサ４０のゲイン値ａとバイアス値ｂは、ＣＰＵ２２０によって磁気センサ４０内に設定される。ゲイン値ａとバイアス値ｂを適切な値に設定することによって、センサ出力ＳＳＡを好ましい波形形状に較正することが可能である。
【００３７】
図８は、ドライバ回路２５０の内部構成を示している。このドライバ回路２５０は、Ｈ型ブリッジ回路を構成する４つのトランジスタ２５１〜２５４を有している。上アームのトランジスタ２５１，２５３のゲート電極の前には、レベルシフタ３１１，３１３が設けられている。但し、レベルシフタは省略してもよい。ドライバ回路２５０のトランジスタ２５１〜２５４は、スイッチング信号として機能する駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２に応じてオン／オフし、この結果、電磁コイル１１〜１４に供給電圧ＶＳＵＰが断続的に供給される。符号ＩＡ１，ＩＡ２が付された矢印は、駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２がＨレベルの場合に流れる電流方向をそれぞれ示している。なお、ドライバ回路としては、複数のスイッチング素子で構成される種々の構成の回路を利用可能である。
【００３８】
図９は、ドライバ回路の他の構成を示す説明図である。このドライバ回路は、１組目の電磁コイル１１，１３用の第１のブリッジ回路２５０ａと、２組目の電磁コイル１２，１４用の第２のブリッジ回路２５０ｂとで構成されている。ブリッジ回路２５０ａ，２５０ｂのそれぞれは、４つのトランジスタ２５１〜２５４で構成されており、この構成は図１０に示したものと同じである。第１のブリッジ回路２５０ａにおいては、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１がトランジスタ２５１，２５４に供給されており、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２が他のトランジスタ２５２，２５３に供給されている。一方、第２のブリッジ回路２５０ｂにおいては、逆に、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１がトランジスタ２５２，２５３に供給されており、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２がトランジスタ２５１，２５４に供給されている。この結果、図９（Ｂ），（Ｃ）に示すように、第１のブリッジ回路２５０ａと第２のブリッジ回路２５０ｂでは動作が逆転している。従って、第１のブリッジ回路２５０ａで駆動される１組目のコイル１１，１３と、第２のブリッジ回路２５０ｂで駆動される２組目のコイル１２，１４とは、互いに位相がπだけずれている。一方、図８に示した回路では、１組目のコイル１１，１３の巻き方と、２組目のコイル１２，１４の巻き方が逆になっており、この巻き方によって２組の位相をπだけずらしている。このように、図８のドライバ回路と図９のドライバ回路のいずれを用いても、２組のコイルの位相が互いにπだけずれる点は同じであり、両者共に１相モータを実現している点に変わりは無い。
【００３９】
図１０は、電磁コイル１１〜１４の各種の巻き方を示している。この例のように、巻き方を工夫することによって、隣接するコイルを常に逆方向に励磁させることが可能である。
【００４０】
図１１は、駆動信号生成部２４０（図７（Ａ））の内部構成と動作を示す説明図である。駆動信号生成部２４０は、基本クロック生成回路５１０と、１／Ｎ分周器５２０と、ＰＷＭ部５３０と、正逆方向指示値レジスタ５４０と、乗算器５５０と、符号化部５６０と、ＡＤ変換部５７０と、電圧指令値レジスタ５８０と、励磁区間信号生成部５９０と、励磁割合信号生成部７００とを備えている。
【００４１】
基本クロック生成回路５１０は、所定の周波数を有するクロック信号ＰＣＬを発生する回路であり、例えばＰＬＬ回路で構成される。分周器５２０は、このクロック信号ＰＣＬの１／Ｎの周波数を有するクロック信号ＳＤＣを発生する。Ｎの値は所定の一定値に設定される。このＮの値は、予めＣＰＵ２２０によって分周器５２０に設定される。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、乗算器５５０から供給される乗算値Ｍａと、正逆方向指示値レジスタ５４０から供給される正逆方向指示値ＲＩと、符号化部５６０から供給される正負符号信号Ｐａと、励磁区間信号生成部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａとに応じて、交流単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２（図７（Ａ））を生成する。また、励磁区間信号生成部５９０は、励磁割合信号生成部７００から供給される励磁割合信号Ｅｒに基づいて励磁区間信号Ｅａを生成する。これらの動作については後述する。
【００４２】
正逆方向指示値レジスタ５４０内には、モータの回転方向を示す値ＲＩがＣＰＵ２２０によって設定される。本実施例では、正逆方向指示値ＲＩがローレベルのときにモータが正転し、ハイレベルのときに逆転する。ＰＷＭ部５３０に供給される他の信号Ｐａ，Ｍａ，Ｅａは以下のように決定される。
【００４３】
磁気センサ４０の出力ＳＳＡは、ＡＤ変換部５７０に供給される。このセンサ出力ＳＳＡのレンジは、例えばＧＮＤ（接地電位）からＶＤＤ（電源電圧）までであり、その中位点（＝ＶＤＤ／２）が出力波形の中位点（正弦波の原点を通る点）である。ＡＤ変換部５７０は、このセンサ出力ＳＳＡをＡＤ変換して、センサ出力のデジタル値を生成する。ＡＤ変換部５７０の出力のレンジは、例えばＦＦｈ〜０ｈ（語尾の”ｈ”は１６進数であることを示す）であり、中央値８０ｈがセンサ波形の中位点に相当する。
【００４４】
符号化部５６０は、ＡＤ変換後のセンサ出力値のレンジを変換するとともに、センサ出力値の中位点の値を０に設定する。この結果、符号化部５６０で生成されるセンサ出力値Ｘａは、正側の所定の範囲（例えば＋１２７〜０）と負側の所定の範囲（例えば０〜−１２７）の値を取る。但し、符号化部５６０から乗算器５５０に供給されるのは、センサ出力値Ｘａの絶対値であり、その正負符号は正負符号信号ＰａとしてＰＷＭ部５３０に供給される。
【００４５】
電圧指令値レジスタ５８０は、ＣＰＵ２２０によって設定された電圧指令値Ｙａを格納する。この電圧指令値Ｙａは、後述する励磁区間信号Ｅａとともに、モータの印加電圧を設定する値として機能するものであり、例えば０〜１．０の値を取る。仮に、非励磁区間を設けずに全区間を励磁区間とするように励磁区間信号Ｅａを設定した場合には、Ｙａ＝０は印加電圧をゼロとすることを意味し、Ｙａ＝１．０は印加電圧を最大値とすることを意味する。乗算器５５０は、符号化部５６０から出力されたセンサ出力値Ｘａと、電圧指令値Ｙａとを乗算して整数化し、その乗算値ＭａをＰＷＭ部５３０に供給する。
【００４６】
図１１（Ｂ）〜１１（Ｅ）は、乗算値Ｍａが種々の値を取る場合におけるＰＷＭ部５３０の動作を示している。ここでは、全期間が励磁区間であり非励磁区間が無いものと仮定している。ＰＷＭ部５３０は、クロック信号ＳＤＣの１周期の間に、デューティがＭａ／Ｎであるパルスを１つ発生させる回路である。すなわち、図１１（Ｂ）〜１１（Ｅ）に示すように、乗算値Ｍａが増加するに従って、単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２のパルスのデューティが増加する。なお、第１の駆動信号ＤＲＶＡ１は、正負符号信号Ｐａが正のときにのみパルスを発生する信号であり、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２は正負符号信号Ｐａが負のときにのみパルスを発生する信号であるが、図１１（Ｂ）〜１１（Ｅ）ではこれらを合わせて記載している。また、便宜上、第２の駆動信号ＤＲＶＡ２を負側のパルスとして描いている。
【００４７】
図１２（Ａ）〜１２（Ｃ）は、センサ出力の波形とＰＷＭ部５３０で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。図中、「Ｈｉｚ」は電磁コイルを未励磁状態としたハイインピーダンス状態を意味している。図１１で説明したように、単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２はセンサ出力ＳＳＡのアナログ波形を利用したＰＷＭ制御によって生成される。従って、これらの単相駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を用いて、各コイルに、センサ出力ＳＳＡの変化と対応するレベル変化を示す実効電圧を供給することが可能である。
【００４８】
ＰＷＭ部５３０は、さらに、励磁区間信号生成部５９０から供給される励磁区間信号Ｅａで示される励磁区間のみに駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を出力し、励磁区間以外の区間（非励磁区間）では駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２を出力しないように構成されている。図１２（Ｃ）は、励磁区間信号Ｅａによって励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定した場合の駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２の波形を示している。励磁区間ＥＰでは図１２（Ｂ）の駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２がそのまま発生し、非励磁区間ＮＥＰでは駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が発生しない。このように、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰを設定するようにすれば、逆起電力波形の中位点近傍（すなわち、センサ出力の中位点近傍）においてコイルに電圧を印加しないので、モータの効率をさらに向上させることが可能である。なお、励磁区間ＥＰは、逆起電力波形のピークを中心とする対称な区間に設定されることが好ましく、非励磁区間ＮＥＰは、逆起電力波形の中位点（中心点）を中心とする対称な区間に設定されることが好ましい。
【００４９】
なお、前述したように、電圧指令値Ｙａを１未満の値に設定すれば、乗算値Ｍａが電圧指令値Ｙａに比例して小さくなる。従って、電圧指令値Ｙａによっても、実行的な印加電圧を調整することが可能である。
【００５０】
上述の説明から理解できるように、本実施例のモータでは、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａとの両方を利用して印加電圧を調整することが可能である。望ましい印加電圧と、電圧指令値Ｙａ及び励磁区間信号Ｅａとの関係は、予め駆動制御回路２００（図７（Ａ））内のメモリにテーブルとして格納されていることが望ましい。こうすれば、駆動制御回路２００が、外部から望ましい印加電圧の目標値を受信したときに、ＣＰＵ２２０がその目標値に応じて、電圧指令値Ｙａを指令値レジスタ５８０に設定することが可能である。なお、印加電圧の調整には、電圧指令値Ｙａと、励磁区間信号Ｅａの両方を利用する必要はなく、いずれか一方のみを利用するようにしてもよい。
【００５１】
図１３は、ＰＷＭ部５３０（図１１）の内部構成の一例を示すブロック図である。ＰＷＭ部５３０は、カウンタ５３１と、ＥＸＯＲ回路５３３と、ＰＷＭ信号生成部５３５と、マスク回路５３７とを備えている。これらは以下のように動作する。
【００５２】
図１４は、モータ正転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。この図１４には、２つのクロック信号ＰＣＬ，ＳＤＣと、乗算値Ｍａと、カウンタ５３１内のカウント値ＣＭ１と、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、正負符号信号Ｐａと、正逆方向指示値ＲＩと、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２と、ＰＷＭ信号生成部５３５の出力信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２と、励磁区間信号Ｅａと、マスク回路５３７の出力信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２とが示されている。カウンタ５３１は、クロック信号ＳＤＣの１期間毎に、クロック信号ＰＣＬに同期してカウント値ＣＭ１を０までダウンカウントする動作を繰り返す。カウント値ＣＭ１の初期値は乗算値Ｍａに設定される。なお、図１４では、図示の便宜上、乗算値Ｍａとして負の値も描かれているが、カウンタ５３１で使用されるのはその絶対値｜Ｍａ｜である。カウンタ５３１の出力Ｓ１は、カウント値ＣＭ１が０で無い場合にはハイレベルに設定され、カウント値ＣＭ１が０になるとローレベルに立ち下がる。
【００５３】
ＥＸＯＲ回路５３３は、正負符号信号Ｐａと正逆方向指示値ＲＩとの排他的論理和を示す信号Ｓ２を出力する。モータが正転する場合には、正逆方向指示値ＲＩがローレベルである。従って、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２は、正負符号信号Ｐａと同じ信号となる。ＰＷＭ信号生成部５３５は、カウンタ５３１の出力Ｓ１と、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２から、ＰＷＭ信号ＰＷＭ１，ＰＷＭ２を生成する。すなわち、カウンタ５３１の出力Ｓ１のうち、ＥＸＯＲ回路５３３の出力Ｓ２がローレベルの期間の信号を第１のＰＷＭ信号ＰＷＭ１として出力し、出力Ｓ２がハイレベルの期間の信号を第２のＰＷＭ信号ＰＷＭ２として出力する。マスク回路５３７は、２つのＡＮＤ回路を備えており、励磁区間信号ＥａとＰＷＭ信号ＰＷＭ１との論理積を示す駆動信号ＤＲＶＡ１を出力し、励磁区間信号ＥａとＰＷＭ信号ＰＷＭ２との論理積を示す駆動信号ＤＲＶＡ２を出力する。なお、図１４の右端部付近では、励磁区間信号Ｅａがローレベルに立ち下がり、これによって非励磁区間ＮＥＰが設定されている。従って、この非励磁区間ＮＥＰでは、いずれの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２も出力されず、ハイインピーダンス状態に維持される。
【００５４】
なお、ＰＷＭ信号生成部５３５（図１３）は、本発明における原駆動信号生成部に相当し、２つのＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２は、本発明における原駆動信号に相当する。
【００５５】
図１５は、モータ逆転時のＰＷＭ部５３０の動作を示すタイミングチャートである。モータ逆転時には、正逆方向指示値ＲＩがハイレベルに設定される。この結果、２つの駆動信号ＤＲＶＡ１，ＤＲＶＡ２が図１４から入れ替わっており、この結果、モータが逆転することが理解できる。
【００５６】
図１６は、励磁区間信号生成部５９０の内部構成と動作を示す説明図である。励磁区間信号生成部５９０は、オフセット抵抗器５９１と、電子可変抵抗器５９２と、互いに抵抗値の等しい２つの抵抗器５９３，５９４と、２つの電圧比較器５９５，５９６と、ＯＲ回路５９８とを備えている。電子可変抵抗器５９２の抵抗値Ｒｖは、後述する励磁割合信号生成部７００から供給される励磁割合信号Ｅｒに基づいて設定される。オフセット抵抗器５９１と電子可変抵抗器５９２の直列接続の両端における電圧値Ｖ１，Ｖ２は、電圧比較器５９５，５９６の一方の入力端子に供給されている。電圧比較器５９５，５９６の他方の入力端子には、センサ出力ＳＳＡが供給されている。電圧比較器５９５，５９６の出力信号Ｓｐ，Ｓｎは、ＯＲ回路５９８に供給されている。ＯＲ回路５９８の出力である励磁区間信号Ｅａは、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを区別するための信号である。
【００５７】
図１６（Ｂ）は、励磁区間信号生成部５９０の動作を示している。電子可変抵抗器５９２およびオフセット抵抗器５９１の両端における電圧値Ｖ１，Ｖ２は、電子可変抵抗器５９２の可変抵抗値Ｒｖを調整することによって変更される。具体的には、電圧値Ｖ１，Ｖ２は、センサ出力ＳＳＡの電圧レンジの中央値（＝ＶＤＤ／２）からの差分が等しい値に設定される。これは、２つの抵抗器５９３，５９４の抵抗値Ｒ1とＲ２の大きさが等しいことから実現することができる。センサ出力ＳＳＡが第１の電圧Ｖ１よりも高い場合には第１の電圧比較器５９５の出力Ｓｐがハイレベルとなり、一方、センサ出力ＳＳＡが第２の電圧Ｖ２よりも低い場合には第２の電圧比較器５９６の出力Ｓｎがハイレベルとなる。励磁区間信号Ｅａは、これらの出力信号Ｓｐ，Ｓｎの論理和をとった信号である。したがって、図１６（Ｂ）の下部に示すように、励磁区間信号Ｅａは、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰとを示す信号として使用することができる。そして、励磁区間ＥＰと非励磁区間ＮＥＰの設定は、励磁割合信号生成部７００から供給される励磁割合信号Ｅｒが可変抵抗値Ｒｖを調整することによって行われる。
【００５８】
図１７（Ａ）は、モータの始動時における各種の信号波形を示している。モータを停止状態から始動させるためには、回転速度が一定である定常状態に比べて大きな出力を必要とする。したがって、モータ始動時には可変抵抗値Ｒｖを０Ωに設定し、オフセット抵抗器５９１によって生ずる非励磁期間（以下、「オフセット領域ＯＦ」とも呼ぶ。）を除くすべての期間を励磁区間ＥＰに設定することが好ましい。なお、オフセット領域ＯＦは、磁気センサ４０の出力ＳＳＡがばらついた場合に、電圧レンジの中央値近傍で駆動電流が逆方向に流れてしまうのを防ぐために設けられている。可変抵抗値Ｒｖは、モータ始動後、回転速度を定常状態の速度に近づけていく過程において徐々に大きくしていくことが好ましい。そうすれば、非励磁区間ＮＥＰを徐々に広げていくことができるからである。可変抵抗値Ｒｖを調整する励磁割合信号Ｅｒについては後述する。
【００５９】
図１７（Ｂ）は、モータの定速回転時における各種の信号波形を示している。モータが定速回転時に必要とする出力は、始動時から加速時に必要とする出力に比べて小さくてよい。したがって、モータの定速回転時には、可変抵抗値Ｒｖを大きな値に設定することで非励磁区間ＮＥＰを広げても、モータの回転に影響を与えることなく、消費電力を低減することが可能となる。なお、コイル１１〜１４に流れる駆動電流は、図１７（Ａ）および（Ｂ）で示すように、回転速度が大きくなるにしたがって減衰する。
【００６０】
図１８は、励磁割合信号生成部７００の内部構成を示す説明図である。この図１８には、励磁割合信号生成部７００の他に、磁気センサ４０と、基本クロック生成回路５１０が描かれている。励磁割合信号生成部７００は、電圧比較器７０２と、カウンタ部７０４と、カウンタ値記憶部７０６と、テーブル部７０８とを備えている。これらは以下のように動作する。
【００６１】
図１９は、励磁割合信号生成部７００の動作を示すタイミングチャートである。電圧比較器７０２は、磁気センサ４０からの信号ＳＳＡ（アナログ）を基準信号と比較して、デジタル信号である電圧比較器信号ＳＣを生成する。この基準信号のレベルは、センサ信号ＳＳＡがとりうるレベルの中央値に設定されていることが好ましい。カウンタ部７０４は、基本クロック生成回路５１０から供給されるクロック信号ＰＣＬに基づいて、電圧比較器信号ＳＣがハイレベルを示している期間におけるクロック数をカウントする。カウンタ部７０４は、電圧比較器信号ＳＣのハイレベル期間が終了すると、そのときのカウンタ値Ｎｉ（ｉは周期の番号）をカウンタ値記憶部７０６に記憶させる。なお、カウンタ部７０４は、カウント中のカウンタ値Ｎが所定の値（例えばＮ＝１０００）を超えた場合には、そのハイレベル期間におけるカウントを終了するように設定することも可能である。これは、後述するテーブル部７０８において、カウンタ値Ｎｉの値に応じて、対応する励磁割合信号Ｅｒの値が決定されるが、このカウンタ値Ｎｉが所定の値を超えている場合には、その所定の値以上をカウントしても対応する励磁割合信号Ｅｒの値が変わらないからである。
【００６２】
テーブル部７０８（図１８）は、カウンタ値記憶部７０６に記憶されたカウンタ値Ｎｉに応じて励磁割合信号Ｅｒの値を決定し、励磁割合信号Ｅｒを出力する。本実施例では、励磁割合信号Ｅｒの値は、Ｎｉ＜１０の場合はＥｒ＝３、１０≦Ｎｉ＜１００の場合はＥｒ＝２、１００≦Ｎｉ＜１０００の場合はＥｒ＝１、１０００≦Ｎｉの場合はＥｒ＝０、となるように設定される。テーブル部７０８によって生成された励磁割合信号Ｅｒは、励磁区間信号生成部５９０（図１６（Ａ））の電子可変抵抗器５９２に供給される。そして、電子可変抵抗器５９２の可変抵抗値Ｒｖが変化することによって、励磁区間ＥＰおよび非励磁区間ＮＥＰが決定される。
【００６３】
図２０は、モータの回転数［ｒｐｍ］と励磁割合信号Ｅｒとの関係を示している。モータの回転数とカウンタ値Ｎｉとは相関があり、モータの回転数とカウンタ値Ｎｉとは一対一に対応する。励磁割合信号Ｅｒの値は、励磁区間比ＥＰＲに対応付けられている。励磁区間比ＥＰＲとは、可変抵抗値Ｒｖ＝０Ωとした場合における励磁区間ＮＥＰに対する、可変抵抗値Ｒｖを変化させた場合における励磁区間ＮＥＰの割合である。励磁割合信号Ｅｒ＝０の場合は、可変抵抗値Ｒｖは０Ωに設定され、励磁区間比ＥＰＲは１００％となる。電子可変抵抗器５９２の可変抵抗値Ｒｖの値は、励磁割合信号生成部７００から供給される励磁割合信号Ｅｒの値が１、２、３と大きくなるにしたがって、励磁区間比ＥＰＲが８０％、６０％、５０％と小さくなるように設定される。つまり、可変抵抗値Ｒｖは、モータの回転数が大きくなり、定常状態に近づくにしたがって、励磁区間比が小さくなるように設定される。
【００６４】
図２１は、励磁区間比ＥＰＲを変化させた場合における効果を示すグラフである。１５[Ｖ]時、１２[Ｖ]時、１０[Ｖ]時とは、コイルに印加されるＰＷＭ信号のピーク電圧（図８のドライバ回路２５０の電源電圧ＶＳＵＰ）を示している。また、図２１における各種の数値は、モータに同一負荷を掛け、トルク一定、回転数一定の定常状態で計測している。図２１（Ａ）は、励磁区間比ＥＰＲと消費電力との関係を示している。励磁区間比ＥＰＲを小さくしていくと、消費電力を小さくできることがわかる。図２１（Ｂ）は、励磁区間比ＥＰＲと回転数との関係を示している。励磁区間比ＥＰＲを小さくしていくと、定常状態での回転数も小さくなることがわかる。ただし、励磁区間比ＥＰＲが７０％近傍までは、励磁区間比ＥＰＲを小さくしても回転数を維持することができる。図２１（Ｃ）は、励磁区間信号生成部５９０を設けて励磁区間比ＥＰＲを任意に設定したモータと、全区間を励磁区間としたモータとを回転数を同一とした場合における消費電力を比較し、励磁区間比ＥＰＲを設定したモータは、全区間を励磁区間としたモータに対してどの程度の電力削減効果があるのかを示している。この図２１（Ｃ）によると、励磁区間比ＥＰＲが７０％から９０％の領域において電力削減率が高くなることがわかる。
【００６５】
このように、第１実施例では、モータの始動時はオフセット領域ＯＦを除く全区間を励磁区間ＥＰに設定し、モータが定常状態に近づくにしたがって励磁区間ＥＰが小さくなるように設定している。したがって、モータの消費電力を抑えつつ、モータをスムーズに始動、加速させることが可能である。また、電力削減効果により、モータの低騒音化と、低振動化と、低発熱化とを実現することが可能である。
【００６６】
Ｂ．第２実施例：
図２２は、第２実施例における励磁割合信号生成部７００ｂの内部構成を示す説明図である。図１８に示した第１実施例との違いは、磁気センサ出力ＳＳＡの代わりに、励磁区間信号Ｅａがカウンタ部７０４に供給されている点と、電圧比較器７０２が省略されているという点だけであり、他の構成は第１実施例と同じである。
【００６７】
励磁区間信号Ｅａにおいて、ハイレベル期間の開始点である立ち上がりエッジから次の立ち上がりエッジまでの時間的長さは、モータの回転速度と相関がある。したがって、励磁区間信号Ｅａの立ち上がりエッジ間の時間的長さをカウンタ部７０４で計測しても、第１実施例と同様に、モータの励磁区間ＥＰをモータの回転数に応じて任意に制御することが可能である。この場合、励磁区間信号Ｅａはデジタル信号であるため、電圧比較器７０２は省略することができる。同様に、励磁区間信号Ｅａのハイレベル期間の終了点である立ち下がりエッジから次の立下りエッジまでの時間的長さも、モータの回転速度と相関があるため、立ち下がりエッジ間の時間的長さを計測することによっても、励磁区間ＥＰを制御することが可能である。また、励磁区間信号Ｅａの代わりに、励磁区間信号Ｅａの正極信号Ｓｐまたは負極信号Ｓｎの立ち上がりエッジ間または立ち下がりエッジ間の時間的長さを基準として励磁区間ＥＰを制御することも可能である。
【００６８】
このように、電動機の第１と第２の駆動部材の相対的速度を示す任意の速度信号に基づいて、電動機のコイルの励磁区間と非励磁区間との割合を示す励磁割合信号Ｅｒを生成し、励磁区間ＥＰを制御することが可能である。
【００６９】
Ｃ．第３実施例：
図２３は、モータの回転数［ｒｐｍ］と励磁割合信号Ｅｒとの関係の他の例を示している。上記実施例では、励磁割合信号Ｅｒは、テーブル部７０８（図１８）によって４つの値（Ｅｒ＝０，１，２，３）が与えられていたが、この励磁割合信号Ｅｒの取り得る値は４つに限られず、任意の数に設定することが可能である。例えば、図２３（Ａ）では、励磁割合信号Ｅｒは０から２５５の２５６段階の値を取ることができ、モータの回転数に応じてきめ細かく励磁区間ＥＰを設定することが可能となる。また、図２３（Ｂ）では、励磁割合信号Ｅｒは０と１の２段階の値を取ることができ、ファンモータ等の簡易なものに用いることができる。この場合は、テーブル部７０８は不要であり、カウンタ部が所定のカウンタ値を超えているか否かのみを判定することで実現することができる。
【００７０】
このように、電動機の始動時は励磁区間ＥＰが所定の最大値となるように励磁割合信号Ｅｒを設定し、電動機の始動後は速度信号が示す第１と第２の駆動部材の相対的速度が大きくなるにしたがって励磁区間ＥＰが小さくなるように励磁割合信号Ｅｒを設定することができる。
【００７１】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７２】
Ｄ１．変形例１：
上記実施例では、励磁区間信号生成部５９０はアナログ回路で実現されているが、この代わりに、デジタル回路で構成された励磁区間信号生成部５９０ｂ（図示せず）を用いることも可能である。
【００７３】
Ｄ２．変形例２：
上記実施例では、原駆動信号生成部として、ＰＷＭ信号生成部５３５を用い、原駆動信号としてＰＷＭ信号ＰＷＭ１，２を用いていたが、この代わりに、原駆動信号生成部として、電動機の第１と第２の駆動部材の相対的位置を示す位置信号に基づいて矩形信号を生成する矩形信号生成部を用い、原駆動信号として矩形信号を用いることもできる。
【００７４】
Ｄ３．変形例３：
本発明は、各種の装置に適用可能である。例えば、本発明は、ファンモータ、時計（針駆動）、ドラム式洗濯機（単一回転）、ジェットコースタ、振動モータなどの種々の装置のモータに適用可能である。本発明をファンモータに適用した場合には、上述した種々の効果（低消費電力、低振動、低騒音、低回転ムラ、低発熱、高寿命）が特に顕著である。このようなファンモータは、例えば、デジタル表示装置や、車載機器、燃料電池式パソコン、燃料電池式デジタルカメラ、燃料電池式ビデオカメラ、燃料電池式携帯電話などの燃料電池使用機器、プロジェクタ等の各種装置のファンモータとして使用することができる。本発明のモータは、さらに、各種の家電機器や電子機器のモータとしても利用可能である。例えば、光記憶装置や、磁気記憶装置、ポリゴンミラー駆動装置等において、本発明によるモータをスピンドルモータとして使用することが可能である。また、本発明によるモータは、移動体やロボット用のモータとしても利用可能である。
【００７５】
図２４は、本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。このプロジェクタ１１００は、赤、緑、青の３色の色光を発光する３つの光源１１１０Ｒ、１１１０Ｇ、１１１０Ｂと、これらの３色の色光をそれぞれ変調する３つの液晶ライトバルブ１１４０Ｒ、１１４０Ｇ、１１４０Ｂと、変調された３色の色光を合成するクロスダイクロイックプリズム１１５０と、合成された３色の色光をスクリーンＳＣに投写する投写レンズ系１１６０と、プロジェクタ内部を冷却するための冷却ファン１１７０と、プロジェクタ１１００の全体を制御する制御部１１８０と、を備えている。冷却ファン１１７０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００７６】
図２５（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。図２５（Ａ）は携帯電話１２００の外観を示しており、図２５（Ｂ）は、内部構成の例を示している。携帯電話１２００は、携帯電話１２００の動作を制御するＭＰＵ１２１０と、ファン１２２０と、燃料電池１２３０とを備えている。燃料電池１２３０は、ＭＰＵ１２１０やファン１２２０に電源を供給する。ファン１２２０は、燃料電池１２３０への空気供給のために携帯電話１２００の外から内部へ送風するため、或いは、燃料電池１２３０で生成される水分を携帯電話１２００の内部から外に排出するためのものである。なお、ファン１２２０を図２５（Ｃ）のようにＭＰＵ１２１０の上に配置して、ＭＰＵ１２１０を冷却するようにしてもよい。ファン１２２０を駆動するモータとしては、上述した各種のブラシレスモータを利用することができる。
【００７７】
図２６は、本発明の実施例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。この自転車１３００は、前輪にモータ１３１０が設けられており、サドルの下方のフレームに制御回路１３２０と充電池１３３０とが設けられている。モータ１３１０は、充電池１３３０からの電力を利用して前輪を駆動することによって、走行をアシストする。また、ブレーキ時にはモータ１３１０で回生された電力が充電池１３３０に充電される。制御回路１３２０は、モータの駆動と回生とを制御する回路である。このモータ１３１０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
【００７８】
図２７は、本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。このロボット１４００は、第１と第２のアーム１４１０，１４２０と、モータ１４３０とを有している。このモータ１４３０は、被駆動部材としての第２のアーム１４２０を水平回転させる際に使用される。このモータ１４３０としては、上述した各種のブラシレスモータを利用することが可能である。
【００７９】
Ｅ．他の実施例：
図２８は、他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置２００ｂとモータ本体１００の構成を示すブロック図である。この駆動制御半導体装置２００ｂは、駆動信号生成部２４０と、ドライバ回路２５０と、ＣＰＵ２２０と、保護回路２１０とを備えている。駆動信号生成部２４０と、ドライバ回路２５０と、ＣＰＵ２２０は、図７で示した同一の符号のものと同じである。保護回路２１０は、駆動制御半導体装置２００ｂを用いた電動機の不具合を検知して保護するための回路である。保護回路２１０の例としては、パワー系の回路を保護するための過熱保護回路、過電圧保護回路、過電流保護回路等や、制御系の回路を保護するための低電圧動作保護回路等がある。以上のように、ブラシレスモータを駆動するための半導体装置は、図２８で示す駆動制御半導体装置２００ｂのように、駆動信号生成部２４０と、ドライバ回路２５０と、ＣＰＵ２２０と、保護回路２１０とを含んだ構成とすることができる。ただし、保護回路２１０は省略することも可能である。
【００８０】
図２９は、他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置２００ｃとモータ本体１００の構成を示すブロック図である。この駆動制御半導体装置２００ｃと、図２８で示した駆動制御半導体装置２００ｂとの違いは、ＣＰＵ２２０が駆動制御半導体装置２００ｃには含まれていない点である。以上のように、ブラシレスモータを駆動するための半導体装置は、図２９で示す駆動制御半導体装置２００ｃのように、ＣＰＵ２２０を含まないような構成とすることも可能である。また、保護回路２１０は省略することも可能である。
【００８１】
図３０は、他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置２００ｄとモータ本体１００の構成を示すブロック図である。この駆動制御半導体装置２００ｄと、図２８で示した駆動制御半導体装置２００ｂとの違いは、ドライバ回路２５０が駆動制御半導体装置２００ｄには含まれていない点である。以上のように、ブラシレスモータを駆動するための半導体装置は、図３０で示す駆動制御半導体装置２００ｄのように、ドライバ回路２５０を含まないような構成とすることも可能である。この場合では、保護回路２１０は、低電圧動作保護回路などの制御系の回路を保護するもので構成することが好ましい。ただし、保護回路２１０は省略することも可能である。
【００８２】
図３１は、他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置２００ｅとモータ本体１００の構成を示すブロック図である。この駆動制御半導体装置２００ｅと、図２８で示した駆動制御半導体装置２００ｂとの違いは、駆動制御半導体装置２００ｅ内にはＣＰＵ２２０とドライバ回路２５０とが含まれていない点である。以上のように、ブラシレスモータを駆動するための半導体装置は、図３１で示す駆動制御半導体装置２００ｅのように、ＣＰＵ２２０とドライバ回路２５０とを含まないような構成とすることも可能である。すなわち、ドライバ回路２５０を別のＩＣとして構成することも可能である。この場合、ドライバ回路２５０の代わりに、汎用品のドライバＩＣを使用することができる。また、図３０の場合と同様に、保護回路２１０は、低電圧動作保護回路などの制御系の回路を保護するもので構成することが好ましい。ただし、保護回路２１０は省略することも可能である。
【００８３】
図３２（Ａ）〜（Ｅ）は、他の実施例の駆動信号生成部２４０ｆの内部構成と動作を示す説明図である。駆動信号生成部２４０ｆと、図１１で示した駆動信号生成部２４０との違いは、駆動信号生成部２４０ｆ内には基本クロック生成回路５１０（ＰＬＬ回路）の前段に、自走発振回路５０８が設けられている点である。自走発振回路５０８は、基本クロック生成回路５１０に供給される基礎クロック信号ＦＣＬＫを生成する。基本クロック生成回路５１０は、この基礎クロック信号ＦＣＬＫに基づいて、クロック信号ＰＣＬを生成する。自走発振回路５０８は、例えば、リングオシレータ等の種々の発振回路で実現することができる。以上のように、駆動信号生成部２４０（図１１）の代わりに、駆動信号生成部２４０ｆ（図３２）を使用することが可能である。すなわち、ブラシレスモータを駆動するための半導体装置内に、自走発振回路５０８を設けることとしてもよい。
【００８４】
図３３は、他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置２００ｇとモータ本体１００ｇの構成を示すブロック図である。この駆動制御半導体装置２００ｇと、図２８で示した駆動制御半導体装置２００ｂとの違いは、駆動制御半導体装置２００ｇ内には増幅回路２１２が設けられている点である。この場合、モータ本体１００ｇ内には、ホール素子４２が設けられている。ホール素子４２から出力される信号は、駆動制御半導体装置２００ｇ内の増幅回路２１２によって増幅され、センサ信号ＳＳＡとなる。以上のように、ブラシレスモータを駆動するための半導体装置は、図３３で示す駆動制御半導体装置２００ｇのように、増幅回路２１２を含む構成とすることも可能である。
【００８５】
図３４は、他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置２００ｂとモータ本体１００ｇの構成を示すブロック図である。この図３４の構成では、増幅回路２１２は、駆動制御半導体装置２００ｂの外側に設けられている。以上のように、ブラシレスモータを駆動するための半導体装置は、図３４で示すように、増幅回路２１２を含まない構成とすることも可能である。
【００８６】
なお、上述した各種の実施例における半導体装置の構成は、一例を示したものであり、半導体装置の構成としては、他の種々の構成を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の一実施例としての単相ブラシレスモータのモータ本体の構成を示す断面図である。
【図２】磁石列とコイル列の位置関係及び磁気センサ出力とコイルの逆起電力波形との関係を示す説明図である。
【図３】コイルの印加電圧と逆起電力との関係を示す模式図である。
【図４】モータ本体の正転動作の様子を示す説明図である。
【図５】モータ本体の逆転動作の様子を示す説明図である。
【図６】モータの移動方向の制御手順を示すフローチャートである。
【図７】本実施例のブラシレスモータの駆動制御回路の構成を示すブロック図である。
【図８】ドライバ回路の内部構成を示している。
【図９】ドライバ回路の他の構成を示す説明図である。
【図１０】電磁コイルの各種の巻き方を示している。
【図１１】駆動信号生成部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図１２】センサ出力の波形とＰＷＭ部で生成される駆動信号の波形の対応関係を示す説明図である。
【図１３】ＰＷＭ部の内部構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】モータ正転時のＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１５】モータ逆転時のＰＷＭ部の動作を示すタイミングチャートである。
【図１６】励磁区間信号生成部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図１７】モータの始動時における各種の信号波形を示している。
【図１８】励磁割合信号生成部の内部構成を示す説明図である。
【図１９】励磁割合信号生成部の動作を示すタイミングチャートである。
【図２０】モータの回転数［ｒｐｍ］と励磁割合信号Ｅｒとの関係を示している。
【図２１】励磁区間比ＥＰＲを変化させた場合における効果を示すグラフである。
【図２２】第２実施例における励磁割合信号生成部の内部構成を示す説明図である。
【図２３】モータの回転数［ｒｐｍ］と励磁割合信号Ｅｒとの関係の他の例を示している。
【図２４】本発明の実施例によるモータを利用したプロジェクタを示す説明図である。
【図２５】本発明の実施例によるモータを利用した燃料電池式携帯電話を示す説明図である。
【図２６】本発明の実施例によるモータ／発電機を利用した移動体の一例としての電動自転車（電動アシスト自転車）を示す説明図である。
【図２７】本発明の実施例によるモータを利用したロボットの一例を示す説明図である。
【図２８】他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置とモータ本体の構成を示すブロック図である。
【図２９】他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置とモータ本体の構成を示すブロック図である。
【図３０】他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置とモータ本体の構成を示すブロック図である。
【図３１】他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置とモータ本体の構成を示すブロック図である。
【図３２】他の実施例の駆動信号生成部の内部構成と動作を示す説明図である。
【図３３】他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置とモータ本体の構成を示すブロック図である。
【図３４】他の実施例のブラシレスモータの駆動制御半導体装置とモータ本体の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０…ステータ部
１１〜１４…電磁コイル
２０…磁気ヨーク
３０…ロータ部
３１…永久磁石
３６…磁気ヨーク
４０…磁気センサ
４２…ホール素子
４４…バイアス調整部
４６…ゲイン調整部
８０ｈ…中央値
１００…モータ本体
１００ｇ…モータ本体
１０２…ケーシング
１１２…回転軸
１１４…軸受け部
１２０…回路基板
２００…駆動制御回路
２００ｂ…駆動制御半導体装置
２００ｃ…駆動制御半導体装置
２００ｄ…駆動制御半導体装置
２００ｅ…駆動制御半導体装置
２００ｇ…駆動制御半導体装置
２２０…ＣＰＵ
２４０…駆動信号生成部
２４０ｆ…駆動信号生成部
２５０…ドライバ回路
２５０ａ…第１のブリッジ回路
２５０ｂ…第２のブリッジ回路
２５１…トランジスタ
２５２…トランジスタ
５１０…基本クロック生成回路
５２０…分周器
５３１…カウンタ
５３７…マスク回路
５４０…正逆方向指示値レジスタ
５５０…乗算器
５６０…符号化部
５８０…電圧指令値レジスタ
５９０…励磁区間信号生成部
５９１…オフセット抵抗器
５９２…電子可変抵抗器
５９３…抵抗器
５９４…抵抗器
５９５…電圧比較器
５９６…電圧比較器
７００…励磁割合信号生成部
７００ｂ…励磁割合信号生成部
７０２…電圧比較器
７０４…カウンタ部
７０６…カウンタ値記憶部
７０８…テーブル部
１１００…プロジェクタ
１１１０Ｒ…光源
１１４０Ｒ…液晶ライトバルブ
１１５０…クロスダイクロイックプリズム
１１６０…投写レンズ系
１１７０…冷却ファン
１１８０…制御部
１２００…携帯電話
１２２０…ファン
１２３０…燃料電池
１３００…自転車
１３１０…モータ
１３２０…制御回路
１３３０…充電池
１４００…ロボット
１４１０…第１のアーム
１４２０…第２のアーム
１４３０…モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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